डीएनए प्रतिकृति और मार्क प्रसार

डीएनए प्रतिकृति एपिजेनेटिक स्मृति के लिए सबसे बड़ी चुनौती का क्षण है: जैसे ही फोर्क गुजरता है, न्यूक्लियोसोम विस्थापित हो जाते हैं, पैतृक हिस्टोन दो संतति स्ट्रैंड्स के बीच विभाजित हो जाते हैं, और डीएनए मेथिलिकरण क्षणिक रूप से हेमीमेथिलेटेड हो जाता है। प्रतिकृति के दौरान और बाद में क्रोमेटिन मार्क्स की नकल या बहाली कैसे होती है, यह निर्धारित करता है कि अभिव्यक्ति की स्थिति अगली कोशिका पीढ़ी तक जीवित रहती है या नहीं।

Definition

डीएनए प्रतिकृति पर मार्क प्रसार उन प्रक्रियाओं का समूह है जिनके द्वारा डीएनए मेथिलिकरण और हिस्टोन संशोधनों को नव-प्रतिकृत संतति स्ट्रैंड्स पर कॉपी किया जाता है, या फिर से स्थापित किया जाता है, ताकि पैतृक क्रोमेटिन स्थिति खोने के बजाय विरासत में मिले।

Scope

यह विषय प्रतिकृति फोर्क पर और उसके पीछे होने वाली आणविक घटनाओं को शामिल करता है जो एपिजेनेटिक जानकारी का प्रसार करती हैं: नए कॉपी किए गए CpG साइटों का रखरखाव डीएनए मेथिलिकरण, पैतृक हिस्टोन का पुनर्चक्रण और पृथक्करण, और संतति क्रोमेटिन पर हिस्टोन संशोधनों की बहाली। यह आणविक जीव विज्ञान में एक संदर्भ विषय है और नैदानिक मार्गदर्शन प्रदान नहीं करता है।

Core questions

• प्रतिकृति के बाद हेमीमेथिलेटेड साइटों पर डीएनए मेथिलिकरण को नए स्ट्रैंड में कैसे कॉपी किया जाता है?
• पैतृक हिस्टोन को कैसे पुनर्चक्रित किया जाता है और दो संतति स्ट्रैंड्स के बीच वितरित किया जाता है?
• हिस्टोन संशोधनों को, जो टेम्पलेट-कॉपी नहीं होते हैं, अगले विभाजन से पहले पूर्ण घनत्व में कैसे बहाल किया जाता है?

Key concepts

• हेमीमेथिलेटेड CpG पहचान
• रखरखाव मेथिलट्रांसफरेज DNMT1 और UHRF1
• हिस्टोन पुनर्चक्रण और जमाव
• पैतृक हिस्टोन का सममित पृथक्करण
• फोर्क के पीछे संशोधनों की बहाली
• प्रतिकृति का समय और क्रोमेटिन स्थिति

Key theories

मार्क बहाली का पुनर्चक्रित-हिस्टोन बीजारोपण

पैतृक संशोधित हिस्टोन प्रतिकृति पर दोनों संतति स्ट्रैंड्स पर पुनर्चक्रित होते हैं, जहाँ वे बीज के रूप में कार्य करते हैं; राइटर एंजाइम अवशिष्ट मार्क को पहचानते हैं और इसे आसन्न नए हिस्टोन पर कॉपी करते हैं, संशोधन पैटर्न को बहाल करते हैं - यह हिस्टोन-आधारित स्थितियों को विरासत में प्राप्त करने के लिए एक प्रस्तावित तंत्र है जो सीधे टेम्पलेटेड नहीं होते हैं।

Mechanisms

सेमीकंजर्वेटिव डीएनए प्रतिकृति प्रत्येक नई CpG साइट को हेमीमेथिलेटेड छोड़ देती है; रखरखाव मेथिलट्रांसफरेज DNMT1, जो UHRF1 के माध्यम से भर्ती होता है जो हेमीमेथिलेटेड डीएनए से जुड़ता है, मेथिलिकरण पैटर्न को संतति स्ट्रैंड में कॉपी करता है। हिस्टोन के लिए, पैतृक न्यूक्लियोसोम को फोर्क के आगे हटा दिया जाता है और उनके घटकों को दोनों संतति स्ट्रैंड्स पर पुनर्चक्रित किया जाता है, जो नए संश्लेषित, बड़े पैमाने पर असंशोधित हिस्टोन के साथ मिश्रित होते हैं, जो किसी भी संशोधन के स्थानीय घनत्व को आधा कर देता है। रेप्लिसोम-जुड़ी मशीनरी पैतृक हिस्टोन को दोनों स्ट्रैंड्स में लगभग सममित रूप से वितरित करने में मदद करती है, और फिर राइटर एंजाइम पुनर्चक्रित हिस्टोन को टेम्पलेट के रूप में उपयोग करके संशोधनों को फिर से स्थापित करते हैं। डीएनए मेथिलिकरण रखरखाव और प्रतिकृति-युग्मित हिस्टोन बहाली मिलकर अगले कोशिका चक्र से पहले पैतृक क्रोमेटिन स्थिति को पुनर्गठित करने की अनुमति देते हैं।

Clinical relevance

रखरखाव मेथिलिकरण और प्रतिकृति-युग्मित क्रोमेटिन असेंबली में त्रुटियों पर जीनोम अस्थिरता और बीमारी के संबंध में चर्चा की जाती है, और यह विषय इस बात की मूलभूत शिक्षा का हिस्सा है कि वंशानुगत क्रोमेटिन स्थितियों को कैसे विश्वसनीय रखा जाता है। यह आणविक प्रक्रियाओं का वर्णन करता है और व्यक्तिगत निदान या उपचार का आधार नहीं है।

History

यह विचार कि डीएनए मेथिलिकरण को हेमीमेथिलेटेड साइटों पर कॉपी किया जा सकता है, तब प्रस्तावित किया गया था जब मेथिलिकरण पैटर्न का पहली बार वर्णन किया गया था, और रखरखाव मेथिलट्रांसफरेज गतिविधि की पहचान और, बाद में, UHRF1 को उस रीडर के रूप में पहचान कर इसकी पुष्टि की गई थी जो DNMT1 को हेमीमेथिलेटेड डीएनए में भर्ती करता है। समानांतर में, क्रोमेटिन असेंबली पर दशकों के काम ने स्पष्ट किया कि फोर्क पर पैतृक हिस्टोन को कैसे पुनर्चक्रित किया जाता है, हाल के अध्ययनों में यह बताया गया है कि दो संतति स्ट्रैंड्स में उनके वितरण को कैसे नियंत्रित किया जाता है।

Debates

पैतृक-हिस्टोन पृथक्करण कितना सममित है, और क्या यह स्मृति के लिए मायने रखता है?

क्या पुनर्चक्रित पैतृक हिस्टोन दोनों संतति स्ट्रैंड्स में समान रूप से वितरित होते हैं, और विषमता क्रोमेटिन स्थितियों की विरासत को कितनी दृढ़ता से प्रभावित करेगी, यह एक सक्रिय प्रश्न है जिसका अध्ययन रेप्लिसोम घटकों के माध्यम से किया जाता है जो हिस्टोन जमाव को प्रभावित करते हैं।

Key figures

• Genevieve Almouzni
• Steven Jacobsen
• Zhiguo Zhang
• Anja Groth

Seminal works

• probst-2009
• bostick-2007
• margueron-reinberg-2011

Frequently asked questions

जब एक कोशिका विभाजित होती है तो डीएनए मेथिलिकरण को कैसे कॉपी किया जाता है?

प्रतिकृति के बाद प्रत्येक साइट हेमीमेथिलेटेड होती है; UHRF1 हेमीमेथिलेटेड डीएनए को पहचानता है और रखरखाव मेथिलट्रांसफरेज DNMT1 को भर्ती करता है, जो पैतृक पैटर्न से मेल खाने के लिए नए स्ट्रैंड में मेथिलिकरण जोड़ता है।

यदि हिस्टोन संशोधनों को टेम्पलेट-कॉपी नहीं किया जाता है, तो उन्हें कैसे विरासत में मिलाया जाता है?

पैतृक संशोधित हिस्टोन संतति स्ट्रैंड्स पर पुनर्चक्रित होते हैं और बीज के रूप में कार्य करते हैं; राइटर एंजाइम अवशिष्ट मार्क्स को पहचानते हैं और उन्हें पड़ोसी नए हिस्टोन पर कॉपी करते हैं, अगले विभाजन से पहले पैटर्न को बहाल करते हैं।